Bài giảng nguyên lý máy chương 6 ths trương quang trường

NGUYÊN LÝ MÁY
GV: ThS. TRƯƠNG QUANG TRƯỜNG
KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


Nguyên Lý Máy

Ch ơng 6

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT L ỢNG CỦA MÁY

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

-2-

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


ĐẠI CƯƠNG
Các chỉ tiêu chất l ợng cơ bản:
1. Đều
2.

n định

3. Cân bằng

4. Hiệu suất

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


I. LÀM Đ U CHUY N Đ NG CỦA MÁY
1. Hệ số không đều
- Từ phương trình chuyển động máy

1 2 dJ
M d  M c  1
d1
d
1
dJ
d
2
M d  M c  12
J
 1  1 
2
d
dt
dt

J
1
dJ
- Để máy chuyển động đều 1  0  M d  M c  12
0
2 d
- Điều kiện trên không thể thực hiện được trên thực tế  trong giai đọan chuyển
động bình ổn, vận tốc máy dao động trong khoảng 1max  1min
- Để đánh giá độ chuyển động không đều của máy  dùng hệ số chuyển động
  1min
  1min
không đều 
, tb  1max
  1max
2
tb
- Hệ số chuyển động không đều  được quy định tiêu chuẩn cho từng lọai máy
ví dụ, máy nông nghiệp    1/ 5 1/150 máy bơm, máy công cụ    1/ 20 1/150
- Khi đó

 

1max   1min 

,


Ths. Trương Quang Trường

tb

   
1max   1min 

, 1max/min

 Khí– tbCông1Nghệ
Khoa Cơ

tb 
-4-

2



2 

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


I. LÀM Đ U CHUY N Đ NG CỦA MÁY
2. Biện pháp làm đều chuyển động của máy
J

J  
- J phụ thuộc vị trí cơ cấu J 
{0
{

1 2 dJ  
M d  M c  1
dJ  
dJ
d
d
2

 1 
 J 0  J    
d d
d
J 0  J  
phan _ co _ dinh

- Do đó

- Giảm
- Tăng

phan _ thay _ doi _ theo _ 

1 bằng cách tăng phần cố định của moment quán tính

J 0 bằng cách lắp một khối lượng phụ gọi là bánh đà, J d lên

+ khâu dẫn, hoặc

+ khâu có tỉ số truyền với khâu dẫn không đổi
- Bánh đà có tác dụng tích trữ năng lượng khi Ad  Ac và giải phóng năng lượng khi

Ad  Ac , nhờ đó điều hòa việc phân phối năng lượng trong các giai đọan chuyển
động khác nhau của một chu kỳ động lực học máy
J d càng lớn càng có tác dụng tốt nhưng không thể quá lớn
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

-5-

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


I. LÀM Đ U CHUY N Đ NG CỦA MÁY
2. Biện pháp làm đều chuyển động của máy

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

-6-

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


I. LÀM Đ U CHUY N Đ NG CỦA MÁY
2. Biện pháp làm đều chuyển động của máy

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

-7-

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


I. LÀM Đ U CHUY N Đ NG CỦA MÁY
2. Biện pháp làm đều chuyển động của máy
Ví dụ: Xác định mômen quán tính của bánh đà (thu về trục chính) của máy tiện. Cho
mômen động cơ Mđ là hằng số, máy tiện vật có bán kính r (tính bằng m) trong một góc
từ 0o đến 270o và từ 300o đến 330o với lực cắt F (tính bằng N) là hằng số. Cho tb, [],
mômen quán tính (thay thế về trục chính) của máy là Jo (tính bằng kgm2).
Mc

M
B

r

C

A

D

Md





F

0

270

30 30

360

a)
Ths. Trương Quang Trường

b)
-8-

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


I. LÀM Đ U CHUY N Đ NG CỦA MÁY
2. Biện pháp làm đều chuyển động của máy
Theo sơ đồ lực cắt như trên hình ta có:
khi dao tiếp xúc với vật gia công trong góc từ 0o đến 270o và từ 300o đến 330o
F
.r

Mcản = 
khi dao tiếp xúc với vật gia công ngoài góc trên đây
0
Ta có:
Fr (270  30)2 5

- Tổng công cản: Ac 
(J)
 Fr.2

360

6

- Tổng công động: Ađ = Mđ.2

(J)

Để máy làm việc bình ổn: Ađ = Ac  Mđ =

5
Fr
6

Trên hình vẽ ta thấy Emax được biểu diễn bằng diện tích hình ABCD nên ta có:
5 3
1

Emax   Fr  Fr  2  Fr
6 4
4

Emax
Fr
Mômen quán tính thay thế của bánh đà: *
(kgm2)

JM 

Ths. Trương Quang Trường

[ ].

2
tb

 Jo 

4[ ].

- 9 - tính của bánh đà).
Tất nhiên sau đó ta phải tính J (mômen quán

J

o
2
tb
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


II. ĐI U CH NH T

Đ NG CHUY N Đ NG MÁY

- Máy chuyển động bình ổn  Ađ = Ac
- Ac thay đổi bất thường
 chuyển động của máy mất bình ổn
 Điều chỉnh tự động

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 10 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


II. ĐI U CH NH T Đ NG CHUY N Đ NG MÁY
1. B đi Ộ ch nh ly tâm tr c ti p
I
R

A

A

Plt = m.2.x


'

x
E

D

F

0
V

t

0

Khi tải trọng giảm, công cản Ac giảm, máy sẽ quay nhanh hơn,  tăng, làm cho lực ly
tâm tăng, lực nâng của quả cầu sẽ lớn hơn lực hạ. Quả cầu nâng lên làm cho con trượt
D đi lên. Van V, qua hệ thống tay đòn, sẽ khép nhỏ lại, đóng bớt cửa nạp nhiên liệu vào
máy, làm cho Ađ giảm, để bảo đảm Ac= Ađ và cơ cấu điều chỉnh sẽ chuyển động bình ổn
với giá trị ’.
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths.
Trươnglại
Quang
ĐH Nông
Lâm TPHCM
Ngược
nếuTrường
Ac tăng, hệ thống điều chỉnh- 11tự- động này sẽ làm choTrường
Ađ tăng
theo

II. ĐI U CH NH T Đ NG CHUY N Đ NG MÁY
2. B đi Ộ ch nh ly tâm gián ti p
I



R

A

A

o=0

o

o

0

t

x
D

E

C
F
a

0
d
e

c

b

A

B
J

G

K
H
V

Ths. Trương Quang Trường

- 12 -

* u điểm:
- Độ nhạy cao
- Sai số tĩnh của vận tốc góc = 0
* Nh ợc điểm:
- Chuyển vị của bộ phận chấp hành
chậm

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
- Mất ổn định Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
Mục đích cân bằng máy
- Khi cơ cấu và máy làm việc, luôn xuất hiện lực quán tính

- Lực quán tính thay đổi theo chu kỳ làm việc của máy và phụ thuộc vị
trí của cơ cấu  áp lực trên các khớp phụ thuộc vào lực quán tính và
thay đổi có chu kỳ
- Vì biến thiên có chu kỳ nên lực quán tính là nguyên nhân chủ yếu gây
ra hiện tượng rung động trên máy và móng máy  làm giảm độ chính
xác của máy và ảnh hưởng đến các máy xung quanh, nếu cộng hưởng
có thể phá hủy máy
 Phải khử lực quán tính, loại trừ nguồn gốc gây nên rung động
Đây là mục đích của việc cân bằng máy
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 13 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
Mục đích cân bằng máy
Ví dụ: vật có khối lượng m = 10 kg, quay với tốc độ n = 6000
vg/ph, chỉ cần khối tâm của vật lệch khỏi tâm quay 1mm, thì lực
quán tính ly tâm cũng đã là 4000N, lớn gấp gần 40 lần trọng

lượng bản thân!
2

1mm

Plt

 .6000 
Plt  m.e.2  10.103.
  4000 N
 30 

Những tác dụng xấu sẽ rất
nghiêm trọng khi xảy ra hiện
tượng cộng hưởng.
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Ths. Trương Quang Trường

P

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
Nội dung cân bằng máy
- Cân bằng khâu quay – phân phối lại khối lượng khâu
quay để khử lực quán tính ly tâm và moment quán tính của
các khâu quay
- Cân bằng cơ cấu – phân phối lại khối lượng các khâu

trong cơ cấu để khi cơ cấu làm việc, tổng các lực quán tính
trên toàn bộ cơ cấu triệt tiêu và không tạo nên áp lực động
trên nền
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 15 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
1. Cân bằng khâu quay
a) Cân bằng khâu quay mỏng
Pl1

Pl2

m1

m2

r1

r2

0
rd

D

Ths. Trương Quang Trường

uur
ur 2
Pl1  m1 .r1 .
uur
ur 2
Pl 2  m2 .r2 .
uur
ur 2
Pl 3  m3 .r3 .
uur uur uur
Pl1  Pl 2  Pl 3 # 0

md

r3
m3
Pl3

M t cân b ng tĩnh
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

- 16 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY

1. Cân bằng khâu quay
a) Cân bằng khâu quay mỏng
Pl1

m1

m2

r1

r2

0
rd

D
md

ur
m3 .r3

ur
m2 .r2

Pl2

ur
m1 .r1

r3

m3
Pl3

ur
md .rd

uur uur uur uur
Pl1  Pl 2  Pl 3  Pd  0
ur
ur
ur
ur
 m1 .r1  m2 .r2  m3 .r3  md .rd  0

ur
Xác định md .rd từ họa đồ. Cho rd, sẽ tính được md cần thêm vào!
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 17 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
1. Cân bằng khâu quay
b) Cân bằng khâu quay dày

- Khi vật quay mất cân bằng động thuần túy, tồn tại moment lực quán tính
ur

uur
Pqt  0, M qt  0
- Thực tế, vật quay tồn tại cả lực quán tính và moment lực quán tính

ur
uur
Pqt  0, M qt  0

Ths. Trương Quang Trường

 ta gọi chung là mất
cân bằng động
- 18 -

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
1. Cân bằng khâu quay
b) Cân bằng khâu quay dày
II

I
2

1

3

P'l3

Pl3

P'l2

P''l3
P''l2

Pl2

Pl1
P'l1

P''l1

- Nguyên tắc cân bằng: vật quay hoàn toàn đ ợc cân bằng khi phân phối lại
khối l ợng trên hai mặt phẳng tùy ý vuông góc với trục quay
 Bài toán xử lý lượng mất cân bằng trên từng mặt phẳng (I) và (II)
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 19 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
1. Cân bằng khâu quay
c) Giới thiệu máy cân bằng động

I
5

II
2
O

O
4
3

A
1
7

6

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 20 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

8


III. CÂN B NG MÁY
1. Cân bằng khâu quay
c) Giới thiệu máy cân bằng động

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 21 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
2. Cân bằng cơ cấu
a. Nguyên tắc cân bằng
- Chỉ xét cơ cấu phẳng
- Cơ cấu là một hệ chất điểm có khối tâm luôn di động trong quá trình chuyển
động của cơ cấu. Nếu thu gọn các lực quán tính của toàn bộ cơ cấu về khối tâm
của nó, ta được một vector chính P và một moment chính M
- Cơ cấu hoàn toàn cân bằng khi P = 0 và M = 0
- Cân bằng M rất phức tạp  chỉ xét cân bằng lực quán tính chính P

ur
r
P  ma s
ur
r
P  0  as  0

m : khối lượng cơ cấu
aS : gia tốc khối tâm của cơ cấu

 Cân bằng cơ cấu bằng cách bố trí khối l ợng các khâu sao cho khối tâm

luôn luôn cố định
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 22 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


III. CÂN B NG MÁY
2. Cân bằng cơ cấu

b. Ví dụ: Cân bằng cơ cấu tay quay – con trượt
s2

l1

l2

s1

r2
r1

rS
r3

- Khối lượng các khâu m1, m2, m3
r r r
- Trọng tâm S1, S2, S3 đặt tại r1 , r 2 , r 3

r r
r1  s1
r r r
r 2  l1  s 2
r r r r
r 3  l1  l 2  s 3
- Khối tâm cơ cấu

r
r
r
r
r
r
r
r
r m r1  m r 2  m r 3 m1 s1   m2  m3  l1 m s 2  m l 2 m s 3
2
3
3
rs  1

 2
 3
m
m
m
m
ur
r


r
m1 s1   m2  m3  l1  0
ur
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
 Để khối tâm cố định, r s  const   uur
Ths. Trương Quang Trường
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 23
- 2 s2  m3 l2  0
m


III. CÂN B NG MÁY
2. Cân bằng cơ cấu

b. Ví dụ: Cân bằng cơ cấu tay quay – con trượt

s1

s2

rS

r
r

m
m


2
3
r
r
s1  
l1


m1
m1 s1   m2  m3  l1  0 

r
 r
r
m3 r


0
m
s
m
l
2
2


3
 s
s2   l 2


m2

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ
Ths. Trương Quang Trường

- 24 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM


VI. HIỆU SU T
Định nghĩa
- Hiệu suất (, %) là tỉ số giữa công có ích và tổng công
mà máy tiêu thụ:

Aci Ad  Ams
Ams


 1
Ad
Ad
Ad

Aci: công có ích
Ad: công phát động (công mà máy tiêu thụ)
Ams: công của lực ma sát

- Hiển nhiên 0   < 1

Ths. Trương Quang Trường

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

- 25 -

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM